基于單片機(jī)的自動分揀機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

1、華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計華東交通大學(xué)理工學(xué)院Institute of Technology.East China Jiaotong University 畢 業(yè) 設(shè) 計 Graduation Design （20092013年）題 目 基于單片機(jī)的自動分揀機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 分 院： 機(jī)電工程分院 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程 班 級： 機(jī)電2009-3 學(xué) 號： 20090410290305 學(xué)生姓名： 徐 剛 指導(dǎo)教師： 蔣英鈺 起訖日期： 2012.11-2013.5 21華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計原創(chuàng)性申明本人鄭重申明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨立進(jìn)行的研究工作所取得的研究成果。

2、設(shè)計中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料，均已在設(shè)計中特別加以標(biāo)注引用，除此之外，本設(shè)計不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本申明的法律后果由本人承擔(dān)。畢業(yè)設(shè)計作者簽名： 日期： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計版權(quán)使用授權(quán)書本畢業(yè)設(shè)計作者完全了解學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)設(shè)計的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交設(shè)計的復(fù)印件和電子版，允許設(shè)計被查閱和借閱。本人授權(quán)華東交通大學(xué)理工學(xué)院可以將本設(shè)計的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編畢業(yè)設(shè)計。（保密的畢業(yè)設(shè)計在解密后適用

3、本授權(quán)書）畢業(yè)設(shè)計作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名：簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日摘 要近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，郵政事業(yè)得到了空前發(fā)展。郵政通信網(wǎng)的技術(shù)含量不斷增加，技術(shù)裝備水平也在不斷的提高，郵件處理已基本實現(xiàn)機(jī)械化，并且朝著自動化的方向邁進(jìn)。本文著眼于我國當(dāng)前郵政事業(yè)的發(fā)展，設(shè)計了基于單片機(jī)控制的郵件自動分揀機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的膠帶輸送機(jī)和現(xiàn)有的自動分揀技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)的條形碼識別技術(shù)，結(jié)合步進(jìn)電機(jī)、接近開關(guān)和單片機(jī)進(jìn)行控制的自動化分揀系統(tǒng)。該分揀系統(tǒng)快速、靈活、準(zhǔn)確，操作簡單方便。提高了郵件分揀效率及精準(zhǔn)率、降低工人勞動強(qiáng)度、縮短在此方面與國外發(fā)達(dá)國

4、家的距離。在設(shè)計過程中運用到了機(jī)械設(shè)計、單片機(jī)控制、接口技術(shù)等方面的理論。關(guān)鍵詞：自動分揀；單片機(jī)；接近開關(guān)；步進(jìn)電機(jī) Abstract In recent years, with China's economic development and social progress, obtained the unprecedented development of the postal business. Growing technical content of postal communication network, the technical equipment level is

5、also in constant increase, mail processing has basically realize mechanization, and moving in the direction of automation. This paper focus on the development of career of our country current postal, design the parcel sorting machine control system based on single chip microcomputer control. The sys

6、tem is in the traditional belt conveyor, and on the basis of the existing automatic sorting technology, using advanced bar code recognition technology, combined with the stepping motor, Proximity Switches and single chip microcomputer to control the automated sorting system. The rapid sorting system

7、, flexible, accurate, easy and convenient operation. To improve the sorting efficiency and accurate rate, reduce the labor intensity of workers, shortened the distance with foreign developed countries in this aspect. During the design process using the mechanical design, single-chip microcomputer co

8、ntrol theory and interface technology, etc.Key words：Automatic mail sorting;MCU; Proximity Switches ;Stepper motor 目 錄中文摘要.1英文摘要.2目 錄.3引 言.1第一章 緒論.11.1分揀系統(tǒng)簡介11.2主要任務(wù)11.3設(shè)計方案2第二章 基本理論.3 2.1單片機(jī).3 2.1.1單片機(jī)概述3 2.1.2單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)方框圖32.1.3單片機(jī)最小系統(tǒng).52.2 步進(jìn)電機(jī).6 2.2.1步進(jìn)電機(jī)概述62.2.2步進(jìn)電機(jī)分類62.2.3步進(jìn)電機(jī)的工作原理. 62.2.4本系統(tǒng)選擇的

9、步進(jìn)電機(jī)7第三章 硬件設(shè)計.8 3.1接近開關(guān).83.1.1接近開關(guān)概述.83.1.2接近開關(guān)的分類與選擇.83.1.3光電式接近開關(guān)概述.83.1.4基本原理.83.1.5主要分類.9 3.2 74LS138譯碼器.103.2.1 74LS138譯碼器概述.103.2.2本文應(yīng)用.10 3.3 ULN2003A驅(qū)動芯片.113.3.1ULN2003A 驅(qū)動芯片概述.113.3.2本文應(yīng)用.11 3.4撥碼開關(guān).123.4.1撥碼開關(guān)概述.123.4.2本文應(yīng)用.12 3.5 LED數(shù)碼管.133.5.1 LED數(shù)碼管概述.133.5.2本文應(yīng)用.13 3.6蜂鳴器.143.6.1蜂鳴器概述.

10、143.6.2本文應(yīng)用.14第四章 軟件設(shè)計.15 4.1軟件設(shè)計過程.15 4.2軟件控制流程圖.15 4.3軟件程序設(shè)計.16第五章 結(jié)論.20參考文獻(xiàn).21附 錄.22引 言 當(dāng)前，郵政事業(yè)正在進(jìn)入一個嶄新的自動化階段。伴隨著在郵政運作中以及處理流程管理方面引進(jìn)新的管理理念，郵政通信網(wǎng)覆蓋范圍及裝備水平均在不斷提高，其處理流程已基本實現(xiàn)機(jī)械化，正逐漸向自動化、智能化方向全面發(fā)展。其中，一個重要的課題就是利用機(jī)器自動分揀。以美國、日本及歐洲為代表的發(fā)達(dá)國家為代表，在分揀系統(tǒng)的應(yīng)用方面自動化程度越來越高。智能分揀系統(tǒng)已成為大中型物流中心、配送中心和流通中心不可缺少的一部分，在郵政業(yè)中也有廣泛

11、的應(yīng)用。與整個物流業(yè)的大環(huán)境相比，我國在分揀系統(tǒng)和技術(shù)方面相對發(fā)達(dá)國家還比較落后，人工作業(yè)的情況還非常普遍，智能化揀選系統(tǒng)的利用程度較低。即，我國分揀系統(tǒng)的應(yīng)用呈現(xiàn)出自動化系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)用范圍不廣泛、集約化程度低的特點。而我國郵政事業(yè)龐大、且在飛速發(fā)展過程中，需要大量的人力資源和技術(shù)支持。且郵政事業(yè)和人們的生活是息息相關(guān)，隨著人們生活水平的提高，社會的不斷發(fā)展，郵政事業(yè)也越來越多樣復(fù)雜。但傳統(tǒng)郵件的分揀大多采用手工操作，這樣的后果是不但效率低，工作量十分的繁重而且誤差率級高。為了改善這種狀況，實現(xiàn)郵件處理的高度自動化，提高郵件的處理速度，減少大量的人力，以適應(yīng)現(xiàn)代化的發(fā)展，本文著眼于我國當(dāng)前郵政

12、事業(yè)的發(fā)展，設(shè)計了基于單片機(jī)控制的郵件自動分揀機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用的意義在于：提高郵件分揀效率及精準(zhǔn)率、降低工人勞動強(qiáng)度、縮短在此方面與國外發(fā)達(dá)國家的距離。第一章 緒 論1.1 分揀系統(tǒng)簡介 自動分揀系統(tǒng)(Automatic sorting system)是先進(jìn)配送中心所必需的設(shè)施條件之一。具有很高的分揀效率，通常每小時可分揀商品6000-12000箱；可以說，自動分揀機(jī)是提高物流配送效率的一項關(guān)健因素。它是二次大戰(zhàn)后在美國、日本的物流中心中廣泛采用的一種自動分揀系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家大中型物流中心不可缺少的一部分。自動分揀系統(tǒng)一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口組成?？刂?/p>

13、裝置的作用是識別、接收和處理分揀信號，根據(jù)分揀信號的要求指示分類裝置、按商品品種、按商品送達(dá)地點或按貨主的類別對商品進(jìn)行自動分類。這些分揀需求可以通過不同方式，如可通過條形碼掃描、色碼掃描、鍵盤輸入、重量檢測、語音識別、高度檢測及形狀識別等方式，輸入到分揀控制系統(tǒng)中去，根據(jù)對這些分揀信號判斷，來決定某一種商品該進(jìn)入哪一個分揀道口。分類裝置的作用是根據(jù)控制裝置發(fā)出的分揀指示，當(dāng)具有相同分揀信號的商品經(jīng)過該裝置時，該裝置動作，改變在輸送裝置上的運行方向進(jìn)入其它輸送機(jī)或進(jìn)入分揀道口。分類裝置一般有推出式、浮出式、傾斜式和分支式幾種，輸送裝置需要連接若干分揀口，以便使分好類的商品進(jìn)入特定的分揀位置。其

14、由傳送帶或傳送機(jī)組成。作用是通過控制和分類裝置，使待分揀商品進(jìn)入輸送裝置兩側(cè)，分揀口是已分揀商品脫離主輸送機(jī)（或主傳送帶）進(jìn)的通道，一般由滾筒、鋼帶、皮帶等組成滑道。工作人員只需到相應(yīng)的滑道口搬運商品入庫即可。以上幾部分分揀裝置通過與計算機(jī)連接通信，再配合相應(yīng)的人工控制環(huán)節(jié)就構(gòu)成了完整的自動分揀系統(tǒng)。1.2主要任務(wù)以分揀系統(tǒng)為基本設(shè)計思路，設(shè)計基于單片機(jī)的郵件自動分揀控制系統(tǒng)，通過對在傳送帶上通過的郵件條碼信息進(jìn)行條碼掃描獲得郵件的編碼信息，由拔碼器拔入BCD碼模擬郵件的郵政編碼，并將郵件的編碼信息與相應(yīng)唯一地址的郵箱進(jìn)行匹對、控制，將編碼一致的郵件送入到唯一匹對的郵箱中。其過程由單片機(jī)控制，

15、實現(xiàn)了自動化分揀。要求在充分了解單片機(jī)相關(guān)知識后，設(shè)計出相應(yīng)的控制電路，并根據(jù)題目要求編制出相應(yīng)模塊程序。1.3 設(shè)計方案 本次設(shè)計的分揀系統(tǒng)硬件部分，是將通過條形碼掃描識別出的郵政編碼的編碼信息隨傳送帶分揀入各個代表唯一地址的郵箱中。其工作過程為：按下啟動按鈕后，電動機(jī)M6運行，綠燈L1亮，傳送帶運轉(zhuǎn)，表示此時可以進(jìn)郵件。利用撥碼器撥入BCD碼模擬郵件的郵政編碼，分別以1、2、3、4、5代表北京、上海、天津、重慶、沈陽5個城市的郵政編碼，即正常的郵政編碼值為1、2、3、4、5。（例如，當(dāng)撥碼器撥出的是4，那么當(dāng)郵件運行至接近開關(guān)S4處時，電機(jī)M6停止，電機(jī)M4啟動并推動推桿將郵件分揀入此處郵

16、箱中，即重慶）。當(dāng)接近開關(guān)S1為ON時，表明郵件到達(dá)第一個郵箱處，如果郵件編碼與此處編碼相同，則電動機(jī)M6停止，電動機(jī)M1啟動并推動推桿，將此郵件分揀到該郵箱內(nèi)；當(dāng)接近開關(guān)S1變?yōu)镺FF，M1的推桿自動收回，繼續(xù)進(jìn)郵件；如果郵件編碼與此處編碼不同，則電動機(jī)M6繼續(xù)保持運行。當(dāng)接近開關(guān)S2為ON時表明郵件到達(dá)第二個郵箱處再進(jìn)行比較判斷，依次類推，當(dāng)接近開關(guān)S3、S4和接近開關(guān)S5為ON時表明郵件分別到達(dá)第三個、第四和第五個郵箱處；如果郵件編碼與前五處編碼均不同，則表明該郵件出錯，出錯郵件將經(jīng)過接近開關(guān)S6處自動進(jìn)入出錯回收郵箱，此時綠燈L1熄滅，紅燈L2亮，蜂鳴器報警出錯，然后對出錯郵件進(jìn)行處理

17、。待處理完成后，按下重啟按鈕，紅燈L2熄滅，綠燈L1亮，蜂鳴器停止報警，表示可以繼續(xù)進(jìn)郵件。整個過程由單片機(jī)控制，其工作示意圖如圖1-1：圖1-1 郵件分揀系統(tǒng)模擬控制示意圖 其中S1-S6為接近開關(guān)；M1-M5為推進(jìn)器，由步進(jìn)電機(jī)控制其伸縮，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)推郵件入箱，反轉(zhuǎn)推桿收回繼續(xù)進(jìn)郵件；M6為驅(qū)動電機(jī)，L1 為綠指示燈，L2 為紅指示燈。第二章 基本理論2.1 單片機(jī)2.1.1 單片機(jī)概述單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器。常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機(jī)由運算器，控制器，

18、存儲器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個微型的計算機(jī)（最小系統(tǒng)），和計算機(jī)相比，單片機(jī)缺少了外圍設(shè)備等。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。2.1.2 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)方框圖XTAL1 XTAL2 T0 T1CPU時鐘電路中斷控制RAMROM定時/計數(shù)器64K字節(jié)總線擴(kuò)展控制器并行接口串行接口 INTO INT1 P0 P0 P2 P3 TXD RXD（1）中央處理單元（CPU）中央處理器是單片機(jī)的核心，由運算和控制邏輯組成，同時還包括中斷系統(tǒng)和部分外部

19、特殊功能寄存器。它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運算、數(shù)學(xué)運算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作任務(wù)等。（2）存儲器 存儲器是單片機(jī)的一個重要組成部分，是單片機(jī)存儲二進(jìn)制信息的數(shù)字電路器件，是存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及運算數(shù)據(jù)的單元。存儲器中每個存儲單元可存放一個八位二進(jìn)制信息，通常用兩位16進(jìn)制數(shù)來表示。其結(jié)構(gòu)有兩個重要特點：一是把數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器截然分開；二是存儲器有內(nèi)、外之分。由芯片內(nèi)存儲器和芯片外擴(kuò)展存儲器構(gòu)成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的整個存儲系統(tǒng)。（3）輸入/輸出（I/O）電路MCS-51單片機(jī)有4個雙向的8位I/O口的P0P3口為三態(tài)雙向口 P0，P2，P3口為準(zhǔn)雙向口（用作輸入時，口線被拉成

20、高電平，所以稱為準(zhǔn)雙向口）。P0口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀/寫操作。P0口還可以用來輸出外部存儲器的第8位地址。由于是分時輸出，故應(yīng)在外部加鎖存器將此地址數(shù)據(jù)鎖存，地址鎖存信號用ALE。P0口是專門供用戶使用的I/O口，用戶可以利用它作為I/O口線使用。P0口是準(zhǔn)雙向口。每一位均由鎖存器（SFR）、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器組成。它們的上拉電阻實際上不是線性電阻，而是由場效應(yīng)管構(gòu)成，每位鎖存器均由D觸發(fā)器組成。每個I/O口都有兩種讀入方法：讀鎖存器和讀引腳。每種讀入方法都有相應(yīng)的指令。讀引腳指令一般都是以I/O端口為原操作數(shù)的指令。執(zhí)行讀引腳指令時，要打

21、開三態(tài)門輸入口狀態(tài)。單片機(jī)I/O接口如圖2-1。 圖2-1 單片機(jī)I/O接口（4） 時鐘電路單片機(jī)時鐘電路是產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號，配合外部晶體實現(xiàn)振蕩的電路。如果運行時鐘為0的話，單片機(jī)就不工作，當(dāng)然超出單片機(jī)的工作頻率的時鐘也會導(dǎo)致單片機(jī)不工作。時鐘電路原理圖如圖2-2。圖2-2 單片機(jī)時鐘電路（5） 中斷控制單片機(jī)中斷系統(tǒng)又叫作中斷管理系統(tǒng)，其功能是使處理機(jī)對外界異步事件具有處理能力。中斷是一個過程，當(dāng)中央處理器CPU在處理某件事情時，外部又發(fā)生了另一緊急事件，請求CPU暫停當(dāng)前的工作而去迅速處理該緊急事件。處理結(jié)束后，再回到原來被中斷的地方繼續(xù)原來的工作。引起中斷的原因或發(fā)出中

22、斷請求的來源稱為中斷源。單片機(jī)一般允許有多個中斷源，包括兩個外部中斷、兩個定時計數(shù)器中斷和一個串行口中斷。其中外部中斷是由外部原因引起的，共兩個中斷源，即外部中斷0和外部中斷1。定時計數(shù)器中斷是為滿足定時或計數(shù)的需要而設(shè)置的，單片機(jī)芯片內(nèi)部有兩個定時計數(shù)器，以對其中的計數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計數(shù)，實現(xiàn)定時或計數(shù)功能。串行口中斷是為串行數(shù)據(jù)的傳送的數(shù)據(jù)而設(shè)置的，每當(dāng)串行口接收或發(fā)送完一組串行數(shù)據(jù)時，就產(chǎn)生一個中斷請求。CPU通過引腳RXD(P3.0)和TXD（P3.1）接收中斷需求或傳送中斷需求。當(dāng)幾個中斷源同時向CPU請求中斷時，CPU一般先響應(yīng)優(yōu)先級別高的中斷源。優(yōu)先級根據(jù)中斷源的輕重緩急排隊，優(yōu)先處理

23、最緊急事件的中斷請求。每一個中斷源都有一個中斷優(yōu)先級別， CPU總是響應(yīng)級別最高的中斷請求。2.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)的最小系統(tǒng)由電源模塊、時鐘模塊、復(fù)位模塊組成，其基本原理圖如圖2-3。圖2-3 單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2 步進(jìn)電機(jī)2.2.1 步進(jìn)電機(jī)概述 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的執(zhí)行器件。脈沖數(shù)和脈沖信號頻率決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)速和停止的位置。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器接收到了一個驅(qū)動脈沖信號后，步進(jìn)電機(jī)就會按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)一個固定的角度，稱為步進(jìn)角。用戶可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的，同時還可以通過控制脈沖頻率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目

24、的。2.2.2 步進(jìn)電機(jī)分類 常見的步進(jìn)電機(jī)分為三類：永磁式（PM）、反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般分為兩廂，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般分為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動較大；混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點，它分為兩相和五相，兩相步進(jìn)角一般為1.8度，五相步進(jìn)角一般為0.72度，這種步進(jìn)電機(jī)因性能優(yōu)異應(yīng)用比較廣泛。2.2.3步進(jìn)電機(jī)工作原理 步進(jìn)電機(jī)有三線式、五線式和六線式，但其控制方式均相同，都要以脈沖信號電流來驅(qū)動。假設(shè)每轉(zhuǎn)一圈需要48個脈沖信號來勵磁，可以計算出每個勵磁信號能使步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)

25、7.5度，其旋轉(zhuǎn)角度與脈沖的個數(shù)成正比。步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)由勵磁脈沖產(chǎn)生的順序來控制。六線式四相步進(jìn)電機(jī)是比較常見的，它的控制等效電路如圖2-4，實物外形如圖2-5。圖2-4 步進(jìn)電機(jī)等效電路圖 圖2-5 步進(jìn)電機(jī)實物圖從圖可以看出，六線式四相步進(jìn)電機(jī)有兩組線圈（每組線圈各有兩相）和4條勵磁信號引線A、B、。2組線圈中間有一個端點引出作為公共端，這樣一共有6根引出線。要使步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)，只要輪流給個引出端通電即可。由圖2-4知，只要AC、C、BC、C四相輪流通電就能驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)。通電的方式有多種，若將公共端C接正電源，那么只需要開關(guān)元件（三極管、驅(qū)動器）將A、B、輪流接地即可。由于每出現(xiàn)一個

26、脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就能走一步。因此只要依序不斷的送出脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就能實現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動。2.2.4 本文選擇的步進(jìn)電機(jī)根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)共需要六個步進(jìn)電機(jī)。本文選擇六線四相步進(jìn)電機(jī)，該步進(jìn)電機(jī)使用的步進(jìn)角為 7.5度 。一圈 360 度,需要48個脈沖完成。其與單片機(jī)接線圖如圖2-6。圖2-6 步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)接線圖第三章 硬件設(shè)計3.1 接近開關(guān)3.1.1 接近開關(guān)概述接近開關(guān)稱為無觸點行程開關(guān)。是一種非接觸型的檢測裝置，可以完成行程和限位控制。特點是工作可靠、功耗低、復(fù)定位精度高、壽命長、操作頻率高等。是一種用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中以實現(xiàn)檢測、控制并與輸出環(huán)節(jié)全盤無觸點化的新型開關(guān)元件。

27、當(dāng)開關(guān)接近某一物體時，即發(fā)出控制信號。 3.1.2 接近開關(guān)的分類與選擇接近開關(guān)主要分為：無源接近開關(guān)、渦流式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān)、霍爾接近開關(guān)、熱釋電式接近開關(guān)、光電式接近開關(guān)等七類。根據(jù)實際情況及控制需求，本文選取光電式接近開關(guān)作為該自動郵件分揀控制系統(tǒng)的接近開關(guān)。3.1.3 光電式接近開關(guān)概述光電式接近開關(guān)簡稱光電開關(guān)，主要利用光電效應(yīng)原理做成。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內(nèi)。當(dāng)有反光面（被檢測物體）接近時，光電器件接收到反射光后便在信號輸出，由此便可“感知”有物體接近。其主要特點有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、高精度、高分辨率、抗干擾能力強(qiáng)（不受電磁輻射影響，本身也不輻射

28、電磁波）、可實現(xiàn)非接觸式測量等特點；可以直接檢測光信號、溫度、壓力、位移、速度、加速度等。發(fā)展速度快、應(yīng)用范圍廣。3.1.4 基本原理被測量使光源的光通量變化光電元件接收到光通量變化輸出量也做相應(yīng)的變化3.1.5 主要分類主要分為吸收式、遮光式、反射式和輻射式四類。 吸收式： 光源 被測物 光電元件 說明：被吸收的光通量與被測物體的透明度有關(guān) 遮光式： 光源 被測物 光電元件 說明:光源發(fā)出的光經(jīng)過被測物體時被遮擋部分，使得光電元件上 的光通量減弱，減弱的程度與被測物體在光學(xué)通路的位置有關(guān)。 反射式： 光源 被測物 光電元件 說明：自帶一個光源和一個光接收裝置，光源發(fā)出的光經(jīng)過待測物體的反射被

29、光敏元件接收，再經(jīng)過相關(guān)電路的處理得到所需要的信息。可以用來檢測地面明暗和顏色的變化，也可以探測有無接近的物體。反射光通量取決于反向表面的性質(zhì)、狀態(tài)和光源之間的距離。 輻射式： 被測物 光電元件 說明: 被測物體本身就是輻射源，所發(fā)出的光直接照在光電元件上（或經(jīng)過一定的光通路照在光電元件上），使光電元件產(chǎn)生相應(yīng)的變化，其輻射強(qiáng)度與溫度有關(guān)。3.2 74LS138譯碼器3.2.1 74LS138譯碼器概述譯碼器是組合邏輯電路的一個重要的器件，是一種具有“翻譯”功能的邏輯電路，這種電路能將輸入二進(jìn)制代碼的各種狀態(tài)，按照其原意翻譯成對應(yīng)的輸出信號。譯碼器設(shè)有一個和多個使能控制輸入端，又成為片選端，用

30、來控制允許譯碼或禁止譯碼。74LS138是一種3線8線譯碼器 ，三個輸入端A0、A1、A2共有8種狀態(tài)組合，可譯出8個輸出信號Y0Y7。其實物圖如圖3-1，電路圖如圖3-2。 圖3-1 74LS138譯碼器實物圖 圖3-2 74LS138譯碼器電路圖3.2.2本文應(yīng)用本文主要利用74LS138譯碼器來控制六個步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片的片選信號，對芯片進(jìn)行分時的讀寫操作，從而控制對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)動作。其具體應(yīng)用原理圖如圖3-3。 圖3-3 74LS138應(yīng)用原理圖3.3 ULN2003A驅(qū)動芯片3.3.1 ULN2003A驅(qū)動芯片概述ULN2003A是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列芯片，吸收電流可達(dá)500mA，

31、輸出耐壓為50V左右，因此具有很強(qiáng)的低電平驅(qū)動能力，可用于步進(jìn)電機(jī)的相組燒組驅(qū)動。其實質(zhì)是一個非門電路，包含7個單元，即當(dāng)輸入端為高電平時ULN2003A輸出端為低電平，當(dāng)輸入端為低電平時ULN2003A輸出端為高電平。具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點,適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。其實物圖如圖3-4，電路圖如圖3-5。圖3-4 ULN2003A實物圖 圖3-5 ULN2003A電路圖3.3.2 本文應(yīng)用本系統(tǒng)要求效應(yīng)速度快、帶負(fù)載能力強(qiáng)、耐壓等特點，所以選擇ULN2003A大功率驅(qū)動芯片作為本系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動芯片。其應(yīng)用原理圖如圖3-6。圖3-6 U

32、LN2003A應(yīng)用原理圖3.4 撥碼開關(guān)3.4.1 撥碼開關(guān)概述撥碼開關(guān)(也叫DIP開關(guān)，撥動開關(guān),超頻開關(guān)，地址開關(guān)，撥拉開關(guān)，數(shù)碼開關(guān)，指撥開關(guān))是一款用來操作控制的地址開關(guān)，采用的是0/1的二進(jìn)制編碼原理。通俗的說也就是一款能用手撥動的微型的開關(guān)，通常叫指撥開關(guān)。撥碼開關(guān)作為需要手動操作的一種微型開關(guān)，在通訊，安防等諸多設(shè)備產(chǎn)品上廣泛應(yīng)用。大部分撥碼開關(guān)采用直插式（DIP），廣泛使用于數(shù)據(jù)處理、通信、遙控和防盜自動警鈴系統(tǒng)、風(fēng)淋室等需要手動程式編制的產(chǎn)品上。可分為半間距型、DIP平型、DIP滑動型、DIP琴鍵型、DIP超薄滑動型、DIP琴鍵凸型。根據(jù)實際需要本文選擇的是DIP平型撥碼開關(guān)

33、，用于模擬郵件郵政編碼。其采用頂撥直插式、屬兩態(tài)，觸點及端點均鍍金可靠性高。其實物圖如圖3-7，電路圖如圖3-8。圖3-7 撥碼器實物圖 圖3-8 撥碼器電路圖3.4.2 本文應(yīng)用 本文主要利用撥碼器來模擬通過條碼掃描的郵件的郵碼信息，其與單片機(jī)接線圖如圖3-9。 圖3-9 撥碼器與單片機(jī)接線圖3.5 LED數(shù)碼管3.5.1 LED數(shù)碼管概述LED數(shù)碼管是由多個發(fā)光二極管封裝在一起的組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部鏈接完成，只需引出它的各個筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為七段，根據(jù)LED接法不同分為共陰和共陽兩類。本文使用LED數(shù)碼管主要是用于對撥碼開關(guān)的撥碼信息進(jìn)行顯示。例如撥碼

34、開關(guān)的撥碼值為“2”，則LED數(shù)碼管就顯示“2”。其實物圖如圖3-10，電路圖如圖3-11。 圖3-10 數(shù)碼管實物圖 圖3-11 數(shù)碼管電路圖3.5.2本文應(yīng)用 本文主要利用數(shù)碼管顯示撥碼器撥入的郵碼值，如當(dāng)撥碼器撥入2，則數(shù)碼管就顯示2，代表的郵件為上海的郵件。其與單片機(jī)的接線圖如圖3-12。圖3-12 數(shù)碼管與單片機(jī)接線圖3.6 蜂鳴器3.6.1 蜂鳴器概述蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，主要分為壓電磁式蜂鳴器和電式蜂鳴器兩種類型。其在計算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子玩具、報警器、電話機(jī)、定時器等電子產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。蜂鳴器其實物圖如圖3-13，電路圖如圖3-14。圖3-13 蜂

35、鳴器實物圖 圖3-14 蜂鳴器電路圖3.6.2本文應(yīng)用本系統(tǒng)主要用蜂鳴器來完成系統(tǒng)出錯報警。其原理圖如圖3-15。圖3-15 蜂鳴器原理圖第4章 軟件設(shè)計4.1 軟件設(shè)計過程 該分揀系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)是基于硬件電路來設(shè)計的，軟件的設(shè)計分為主程序設(shè)計和子程序設(shè)計。其中子程序設(shè)計包括了步進(jìn)電機(jī)單元、數(shù)碼管顯示單元、蜂鳴器出錯報警單元，并通過分布實現(xiàn)功能的方法來設(shè)計軟件。本軟件設(shè)計語言采用C語言，在電腦上編譯后下載到單片機(jī)中，即可實現(xiàn)自動分揀過程。各分揀口接近開關(guān)檢測，判斷郵碼信息是否一致啟動相應(yīng)電機(jī)，推動推桿開始分揀入 箱繼續(xù)等待，直至S6響應(yīng)指示紅燈L2亮，蜂鳴器報警出錯，郵件進(jìn)入出錯回收箱S6響應(yīng)

36、郵件進(jìn)，撥碼器撥入模擬郵碼值一 致啟動，指示綠燈L1亮，電機(jī)M6動不一致重 啟4.2 軟件控制流程圖4.3 軟件程序設(shè)計本次軟件設(shè)計的I/O分配如下：對于步進(jìn)電機(jī)：四相分別接到單片機(jī)P1.0,P1.1,P1.2,P1.3口對于數(shù)碼管：本文主要利用數(shù)碼管顯示撥碼器的撥碼值，數(shù)碼管連接到單片機(jī)P0口。對于蜂鳴器報警模塊：本文主要利用蜂鳴器對出錯郵件報警提示，蜂鳴器報警時，指示綠燈L1熄滅，出錯指示紅燈L2亮。蜂鳴器接到單片機(jī)P1.7口，指示綠燈接到單片機(jī)P2.7，指示紅燈接到單片機(jī)P2.6。#include<reg51.h> / 1個撥碼器 、6個光電開關(guān) 、6個步進(jìn)電機(jī) 、2個LED

37、燈 、1個數(shù)碼管 、1個蜂鳴器 #define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned int i,j; code tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e; /共陽數(shù)碼管字段sbit P00=P00; /數(shù)碼管輸入口sbit P01=P01; sbit P02=P02; sbit P03=P03; sbit P04=P04; sbit P05=P05; sbit P06=P06; sbit P07=P

38、07; sbit P10=P10; /步進(jìn)電機(jī)口sbit P11=P11; sbit P12=P12; sbit P13=P13; sbit P14=P14; sbit P15=P15; sbit P16=P16; sbit P17=P17; /蜂鳴器口sbit P20=P20; /撥碼器口sbit P21=P21; sbit P22=P22; sbit P23=P23; sbit P24=P24; sbit P26=P26; /LED燈口sbit P27=P27; sbit P32=P32; /外部中斷0和1sbit P33=P33; void delay(int t) /延時程序子函數(shù)1m

39、s int i,j; for(i=0;i<t;i+) for(j=0;j<112;j+);void main() EA=1; /開中斷EX0=1;IT0=1; while(1) P16=1;P15=0;P14=1; /選中電機(jī)6 P10=0;P11=1;P12=1;P13=0; /電機(jī)正轉(zhuǎn) P27=0; /綠燈L1亮 if(P24=0) /1號郵件 P0=tab1; /數(shù)碼管顯示1 if(S1=0) /光電開關(guān)1 P10=1;P11=1;P12=1;P13=1; /電機(jī)停轉(zhuǎn) P16=0;P15=0;P14=0; /選中電機(jī)1 P32=0; /進(jìn)入外部中斷0 if(P23=0) /2

40、號郵件 P0=tab2; /數(shù)碼管顯示2 if(S2=0) /光電開關(guān)2 P10=1;P11=1;P12=1;P13=1; /電機(jī)停轉(zhuǎn) P16=0;P15=0;P14=1; /選中電機(jī)2 P32=0; /進(jìn)入外部中斷0 if(P22=0) /3號郵件 P0=tab3; /數(shù)碼管顯示3 if(S3=0) /光電開關(guān)3 P10=1;P11=1;P12=1;P13=1; /電機(jī)停轉(zhuǎn) P16=0;P15=1;P14=0; /選中電機(jī)3 P32=0; /進(jìn)入外部中斷0 if(P21=0) /4號郵件 P0=tab4; /數(shù)碼管顯示4 if(S4=0) /光電開關(guān)4 P10=1;P11=1;P12=1;P13=1; /電機(jī)停轉(zhuǎn) P16=0;P15=1;P14=1; /選中電機(jī)4 P32=0; /進(jìn)入外部中斷0 if(P20=0) /5號郵件 P0=tab5; /數(shù)碼管顯示5 if(S5=0) /光電開關(guān)5 P10=1;P11=1;P12=1;P13=